JP2019139987A - 燃料電池の検査方法および検査システム - Google Patents
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Abstract
Description
この形態の検査方法によれば、燃料電池に衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値に対する、燃料電池に衝撃が加えられた後の圧損パラメータ値の変化量に基づいて、衝撃に起因する燃料電池の内部の変形を判断している。そのため、燃料電池内の流体流路に流体を流して、上記圧損パラメータ値の変化量を求め、変化量と基準値とを比較するという簡便な方法により、衝撃に起因して燃料電池内に変形が生じていることを判断することができる。また、ガス流路における第1圧損パラメータ値と、冷媒流路における第2圧損パラメータ値とを用いて判断するため、積層方向の衝撃に起因する変形と、直交方向の衝撃に起因する変形とについての判断が可能になる。
(A−1)燃料電池システムの構成:
図1は、本発明の第1実施形態としての燃料電池システム10の概略構成を表わす説明図である。本実施形態の燃料電池システム10は、電気自動車に搭載されて駆動用電源として用いている。本実施形態の燃料電池システム10は、燃料電池15と、燃料ガス系20と、酸化ガス系30と、冷媒系60と、制御部50と、を備える。
本実施形態では、燃料電池15に衝撃が加わったとき、例えば、燃料電池システム10を搭載する車両が衝突したときに、衝撃に起因する燃料電池15における変形の発生の有無を検査する。このような検査を行なうための検査システム12は、図1に示すように、発電に係る燃料電池システム10と共通する構成を有している。本実施形態では、制御部50は、燃料電池システム10の一部として燃料電池15の発電制御に係る機能の他に、検査システム12の一部として燃料電池15の検査を行なうための機能を有している。
図4は、制御部50のCPUにおいて実行される燃料電池検査処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、車両衝突などにより燃料電池15に衝撃が加わった後に、既述した検査を行なう際に、制御部50に対して検査開始に係る指示が入力されることにより、実行される。検査開始に係る指示は、例えば、車載された燃料電池システム10の制御部50に対して、検査システム12を取り扱う検査者が入力することとしてもよい。また、検査時に、検査に係る指示入力を受け付けるための入力装置等を燃料電池システム10に接続する場合には、検査開始に係る指示は、上記入力装置を介して検査者が入力することとしてもよい。あるいは、制御部50が、上記入力装置が接続されたことを検知することによって、検査開始に係る指示が入力されたと判断してもよい。
図9は、本発明の第2実施形態としての検査システム12において、制御部50のCPUが実行する燃料電池検査処理ルーチンを表わすフローチャートである。第2実施形態の検査システム12は、第1実施形態と同様の構成であるため、同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。また、図9において、図4と共通する工程には同じステップ番号を付して、詳しい説明は省略する。図9の燃料電池検査処理ルーチンは、検査システム12において、図4に示す検査処理ルーチンに代えて実行される。
図10は、本発明の第3実施形態としての検査システム112の概略構成を表わす説明図である。検査システム112は、制御部50が取得部55を有しない点以外は、第1実施形態の検査システム12と同様の構成を有する。そのため、検査システム12と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。
第1ないし第3実施形態の燃料電池15は、車両の駆動用電源としたが、異なる構成としてもよい。車両以外の移動体の駆動用電源として用いる場合や、定置型電源として用いる場合であっても、燃料電池15が外部から衝撃を受ける場合には、同様の検査方法を採用することができる。
12,112…検査システム
15…燃料電池
16…スタックケース
20…燃料ガス系
21…水素タンク
22…燃料ガス供給流路
23…燃料ガス排出流路
24…燃料ガス循環流路
25…燃料ガス放出流路
26…流量計
30…酸化ガス系
31…エアコンプレッサ
32…酸化ガス供給流路
33…酸化ガス排出流路
36…流量計
39…調節弁
40…可変調圧弁
42…インジェクタ
44…燃料ガスポンプ
45…気液分離器
46…パージ弁
50…制御部
51…記憶部
52…検出部
53…導出部
54…判断部
55…取得部
56…駆動制御部
60…冷媒系
61…ラジエータ
62…冷媒ポンプ
63…流量計
64…冷媒流路
70…単セル
71a〜73a,71b〜73b…マニホールド孔
74…セル内燃料ガス流路
75…セル内酸化ガス流路
76…ガスケット
77…セル間冷媒流路
80,81…ガスセパレータ
82…樹脂フレーム
83…スリット部
84…電解質層
85…アノード
86…カソード
87,88…ガス拡散層
89…接着層
90…MEA
91…MEGA
Claims (8)
- 複数の単セルを積層して形成され、積層面に平行に流体が流れる流体流路として、反応ガスが流れるガス流路と冷媒が流れる冷媒流路とが内部に設けられた燃料電池における、変形の発生を検査する検査方法であって、
前記燃料電池内部に設けられた前記流体流路における圧力損失と相関する圧損パラメータ値であって、予め定めた流量の前記流体を前記流体流路に流すときの圧損パラメータ値として、前記燃料電池に衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値と、前記燃料電池に衝撃が加えられた後の圧損パラメータ値とを取得し、
取得した前記衝撃前の圧損パラメータ値に対する、前記衝撃後の圧損パラメータ値の変化量を求め、
前記圧力損失の増加を示す前記変化量が、予め定めた基準値以上であれば、前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断し、
前記判断では、前記ガス流路における前記圧損パラメータ値である第1圧損パラメータ値の前記変化量が第1基準値以上である場合と、前記冷媒流路における前記圧損パラメータ値である第2圧損パラメータ値の前記変化量が第2基準値以上である場合と、の少なくともいずれかであれば、前記衝撃に起因して前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断する
検査方法。 - 請求項1に記載の検査方法であって、
前記判断は、
前記単セルの積層方向の衝撃が前記燃料電池に加えられたときに、前記第1圧損パラメータ値の前記変化量が前記第1基準値以上であれば、前記積層方向の衝撃に起因する変形が生じているとする第1の判断と、
前記積層方向に直交する直交方向の衝撃が前記燃料電池に加えられたときに、前記第2圧損パラメータ値の前記変化量が前記第2基準値以上であれば、前記直交方向の衝撃に起因する変形が生じているとする第2の判断と、
のうちの少なくとも一方を含む検査方法。 - 請求項2に記載の検査方法であって、さらに、
前記燃料電池に前記衝撃が加えられた後に、前記衝撃の方向を取得し、
前記衝撃の方向が、前記積層方向の場合には、前記第1の判断を行ない、
前記衝撃の方向が、前記直交方向の場合には、前記第2の判断を行なう
検査方法。 - 請求項1に記載の検査方法であって、
前記判断では、
前記第1圧損パラメータ値における前記変化量が前記第1基準値以上であれば、前記単セルの積層方向の衝撃に起因する変形が生じていると判断し、
前記第2圧損パラメータ値における前記変化量が前記第2基準値以上であれば、前記積層方向に直交する直交方向の衝撃に起因する変形が生じていると判断する
検査方法。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の検査方法であって、
前記燃料電池には、前記燃料電池に供給する燃料ガスの流量調節に係る燃料ガス供給装置として、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路に前記燃料ガスを吐出するインジェクタであって、該インジェクタの開弁デューティー比によって、前記燃料ガス供給流路に供給する前記燃料ガスの量を調節するインジェクタと、前記燃料電池から排出される燃料排ガスを前記燃料ガス供給流路に再循環させる循環流路に設けられた燃料ガスポンプと、を含む燃料ガス供給装置が接続され、
前記第1圧損パラメータ値は、
前記燃料ガス供給装置に含まれる前記燃料ガスポンプ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記燃料ガスの流路における前記燃料ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記燃料ガスポンプにおける消費電力の値と、
前記燃料ガス供給装置に含まれる前記インジェクタ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記燃料ガスの流路における前記燃料ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記インジェクタにおける開弁デューティー比の値と、
前記燃料電池内に形成される前記燃料ガスの流路における前記燃料ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて、前記燃料ガスポンプおよび前記インジェクタを含む前記燃料ガス供給装置を駆動したときに、前記燃料ガスの流路内を実際に流れた前記燃料ガスの流量の値と、
のうちの少なくともいずれか一つを含む検査方法。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の検査方法であって、
前記燃料電池には、前記燃料電池に供給する酸化ガスの流量調節に係る酸化ガス供給装置として、前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給流路に前記酸化ガスを吐出するコンプレッサと、前記燃料電池から排出される酸化排ガスが流れる酸化ガス排出流路の開度を調節する調節弁と、を含む酸化ガス供給装置が接続され、
前記第1圧損パラメータ値は、
前記酸化ガス供給装置に含まれる前記コンプレッサ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記酸化ガスの流路における前記酸化ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記コンプレッサにおける消費電力の値と、
前記酸化ガス供給装置に含まれる前記調節弁以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記酸化ガスの流路における前記酸化ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記調節弁の開度の値と、
前記燃料電池内に形成される前記酸化ガスの流路における前記酸化ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて、前記コンプレッサおよび前記調節弁を含む前記酸化ガス供給装置を駆動したときに、前記酸化ガスの流路内を実際に流れた前記酸化ガスの流量の値と、
のうちの少なくともいずれか一つを含む検査方法。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の検査方法であって、
前記燃料電池には、前記燃料電池内に形成される前記冷媒流路に供給する冷媒の流量調節に係る冷媒供給装置として、前記冷媒流路内で前記冷媒を流すための駆動力を生じる冷媒ポンプを含む冷媒供給装置が接続され、
前記第2圧損パラメータ値は、
前記冷媒供給装置に含まれる前記冷媒ポンプ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記冷媒流路における前記冷媒の流量が、予め定めた流量となるときの、前記冷媒ポンプにおける消費電力の値と、
前記燃料電池内に形成される前記冷媒流路における前記冷媒の流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて、前記冷媒ポンプを含む前記冷媒供給装置を駆動したときに、前記冷媒流路内を実際に流れた前記冷媒の流量の値と、
のうちの少なくともいずれか一つを含む検査方法。 - 複数の単セルを積層して形成され、積層面に平行に流体が流れる流体流路として、反応ガスが流れるガス流路と冷媒が流れる冷媒流路とが内部に設けられた燃料電池における、変形の発生を検査する検査システムであって、
前記燃料電池内部に設けられた前記流体流路における圧力損失と相関する圧損パラメータ値であって、予め定めた流量の前記流体を前記流体流路に流すときの圧損パラメータ値として、前記燃料電池に衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値を記憶する記憶部と、
前記燃料電池に衝撃が加えられた後に、前記予め定めた流量の前記流体を前記流体流路に流したときの前記圧損パラメータ値を検出する検出部と、
前記記憶部に記憶された前記衝撃前の圧損パラメータ値に対する、前記検出部が検出した前記衝撃後の圧損パラメータ値の変化量を導出する導出部と、
前記圧力損失の増加を示す変化量が、予め定めた基準値以上であれば、前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断する判断部と、
を備え、
前記判断部は、前記ガス流路における前記圧損パラメータ値である第1圧損パラメータ値の前記変化量が第1基準値以上である場合と、前記冷媒流路における前記圧損パラメータ値である第2圧損パラメータ値の前記変化量が第2基準値以上である場合と、の少なくともいずれかであれば、前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断する
検査システム。
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